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1、化学浓度与化学反应速率的关系第1页,本讲稿共24页2、2、1 浓度与化学反应速率的关系1、基元反应与非基元反应 定义:例:O2+H(g)=HO(g)+O(g)基元反应 2NO+2H2 =N2+2H2O 非基元反应 2NO+H2 =N2+H2O2 (慢)H2O2+H2 =2H2 O(快)第2页,本讲稿共24页2、基元反应的速率方程式质量作用定律 (1)定律意义与表达式 对于基元反应 a A+b B =g G+d D v=k CAa CBb (2)特点:可以根据反应方程式直接写出表达式第3页,本讲稿共24页3、非基元反应的速率方程式 (1)定律意义与表达式 对于非基元反应 a A+b B+g G+
2、d D+v=k CA CB (2)特点:式中、等指数是待定数;表达式不能直接根据反应式写出,必须由实验确定。(例 P33)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)(V2O5催化剂)v=k c(CO)(实际为一级反应)第4页,本讲稿共24页4、反应级数与N 级反应 意义:分级数、级数 特点:值可为 0、正整数、分数或负数 取值与N 级反应第5页,本讲稿共24页5、速率常数 k I 意义:比例常数 II 影响因素:本性、温度、催化剂等、与反应物浓度大小无关。III 单位:(浓度)1-n (时间)-1 例:一级反应:k1 的 SI单位 S 1 二级反应:k2 的 SI单位 m3 mol1 s1 结论
3、:k的单位随反应级数而定 IV k的大小实质:反应比速(意义)(数值相等、单位不同)V/v=k/k (v k 表示V、K 各自的单位)V 应用:常用来比较相同条件下不同反应 的速率大小或同一反应在不同温度、催化剂时的速率大小。第6页,本讲稿共24页 6、一级反应中反应物浓度、反应时间、速率常数的关系式 (1)表达式:对于一级反应:v=-dc/dt=k1c 积分后:ln(c/c)=-k1t+ln(c0/c)(注意解释各物理量的意义)第7页,本讲稿共24页第8页,本讲稿共24页(2)一级反应的特征:I ln(c/c)t 一次直线方程、直线斜率为 k II 半衰期t1/2=0.693/k 与反应物浓
4、 度无关(3)t1/2 的应用 I 放射性元素的特征常数 II 基础科学研究的应用第9页,本讲稿共24页(4)例 P34 例2.1(分析、讲)2 H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)H2O2分解是一级反应,k=0.0410 min-1 I 若从0.500mol/dm3 溶液开始分解,10分钟 后,浓度是多少?II H2O2在溶液中分解一半所需的时间?第10页,本讲稿共24页解:lnc/c=-0.0410 min-1 10.0min +ln(0.500moldm-3/moldm-3)求得:c=0.332moldm-3 t1/2=0.693/k =0.693/0.0410min-1 =16.
5、9min第11页,本讲稿共24页 2、2、2 温度与化学反应速率的关系1实验事实:牛奶在273K 时 48h 不变酸、在300K时 4h变酸(为什么?)2、理论解释:T 、分子能量 更多的分子参加反应,使 反应速率3、半定量公式:范特荷夫规则:T 10K v 24 倍(液体 12倍、气体 24倍)第12页,本讲稿共24页4.定量公式:(1)表达式:k=A exp(-Ea/RT)lg(k/k)=-Ea/2.303RT+lg(A/A)(2)公式中各物理量的意义:(不同的反应 A、Ea不同(表21)、但在一定的温度范围内各为一定值)(3)公式的理解:第13页,本讲稿共24页第14页,本讲稿共24页
6、I 当 T 一定时、对于不同的反应、Ea k v反应就越慢;反之亦然。II 对于同一反应(当反应物浓度相同时)T k v 反应就越快;反之亦然。III 可以根据不同T时的 k,求反应的活化能 T T1 1 时:lg(k1/k)=-Ea/2.303RT1+lg(A/A)T2 时:lg(k2/k)=-Ea/2.303RT2+lg(A/A)两式相减有:lg(k2/k1)=Ea/2.303 T2 T1 /T2T1第15页,本讲稿共24页(4)计算示例(P 35 例2.2)例:已知反应 H2S2O3=H2SO3+S(s)在浓度相同的条件下析出硫,T1=293K时 需时t1=110 S;T2=303K,需
7、时t2=45.0 S。求:该反应的活化能Ea、313K析出硫并达到 同等程度浑浊时所需的时间。第16页,本讲稿共24页解:因为 反应速度与反应所需的时间成反比 k k2 2/k/k1 1=v=v2 2/v/v1 1=t=t1 1/t/t2 2=110 s/45.0s=110 s/45.0s 由 lg(k2/k1)=Ea/2.303 T2 T1 /T2T1得E Ea a=2.303R T=2.303R T1 1 T T2 2/(T/(T2 2 T T1 1)lg(k)lg(k2 2/k/k1 1)E Ea a=2.3038.314 293 303/(303 =2.3038.314 293 303
8、/(303 293)lg(110/45.0)293)lg(110/45.0)=6.60 10 =6.60 104 4(J/mol)(J/mol)第17页,本讲稿共24页当当 T T3 3=313K=313K时时 由由 lg(k3/k1)=Ea/2.303 T3 T1 /T3T1 lg(110s/t3)=Ea/2.303 T2 T1 /T2T1求得反应时间:t=19.5 S(5)Ea 对反应速率影响的经验规律:0 105kJ/mol快 很慢(6)阿氏公式适用范围:P 38的第一类反反应 第18页,本讲稿共24页第19页,本讲稿共24页4、2、3 催化作用 1、催化剂与催化反应 2、催化剂改变化学
9、反应速率的机理 (P 38 图24)3、催化剂作用的特点:(1)只能加速热力学上可能进行的反应 (2)催化剂只能改化学反应速率常数 k,而不改变化学平衡常数K (3)催化反应中,催化剂具有特殊的选择性(P 39)第20页,本讲稿共24页第21页,本讲稿共24页 2、3 几种类型的反应 2、3、1 多相反应 1、相、多相体系与多相反应 2、多相反应的速率常数kP kC 及影响 因素:物理的、化学的 3、多相反应的步骤:扩散反应 离去第22页,本讲稿共24页 2、3、2 链反应 1、定义 2、链反应的三个阶段:链的引发、传递、终止 3、爆炸反应的实质:生成的活性微粒数多于消耗的活性微粒数 4、常见物质在空气中爆炸反应的极限:P 42 表 22第23页,本讲稿共24页2、3、3 光化反应 1、定义 2、实质 3、应用 本章总结:本章总结:1、化学反应速率的意义及表示方法、化学反应速率的意义及表示方法 2、基元反应与非基元反应的、基元反应与非基元反应的v 的意义的意义3、反应速率常数、反应级数、活化能的意、反应速率常数、反应级数、活化能的意 义义4、怎样用实验确定反应的、怎样用实验确定反应的v k Ea 及反应及反应 级数级数第24页,本讲稿共24页
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